《Nature Communications》：Serine inhibits granulosa cell ferroptosis to maintain ovarian function
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这项研究针对化疗药物环磷酰胺(CTX)导致卵巢早衰(POI)这一临床难题，发现CTX通过上调卵巢颗粒细胞中丝氨酸外排转运蛋白SLC1A4的表达，降低细胞内丝氨酸水平，进而激活Keap1/Nrf2/HO-1信号通路，诱发铁离子蓄积和颗粒细胞铁死亡。研究表明，补充丝氨酸可通过促进S1P合成，抑制Nrf2核转位和HO-1表达，有效预防CTX诱导的小鼠POI，且不影响其抗肿瘤疗效。临床数据进一步揭示，特发性POI患者血清丝氨酸水平同样显著降低，且与熬夜习惯密切相关。该研究为POI的防治提供了新靶点和潜在临床策略。
卵巢，作为女性重要的生殖和内分泌器官，其功能的正常维系直接关系到生育能力和整体健康。然而，近年来，卵巢早衰(Premature Ovarian Insufficiency, POI)的发病率呈上升趋势，成为影响女性生殖健康和生活质量的重大挑战。POI指女性在40岁前出现卵巢功能衰退，表现为闭经、雌激素水平低下、促卵泡激素(FSH)水平升高以及生育能力丧失。其中，因乳腺癌等疾病接受化疗，特别是使用环磷酰胺(Cyclophosphamide, CTX)治疗，是导致医源性POI的主要原因之一，超过一半的年轻乳腺癌患者在CTX化疗后出现月经延迟甚至闭经等卵巢功能损伤。更棘手的是，临床上大多数POI病例病因不明，被归类为特发性POI，目前缺乏有效的预防和治疗手段。因此，深入探究POI的发病机制，并寻找有效的干预措施，是生殖医学领域亟待解决的关键科学问题。
以往的研究多集中于CTX对卵泡的过度激活或颗粒细胞凋亡的影响，但其确切分子机制仍未完全阐明。顾浩成、卓友琼、王凌芳等研究人员在《自然-通讯》(Nature Communications)上发表的最新研究，从一个全新的角度——氨基酸代谢与细胞死亡新方式“铁死亡”(ferroptosis)的关联——出发，揭示了丝氨酸(Serine)在维持卵巢功能中的关键作用，为理解并干预化疗性及特发性POI提供了新的理论和实验依据。
研究人员首先从临床问题入手，他们发现，在接受CTX化疗的乳腺癌患者中，血清中的丝氨酸水平显著下降，并且这种下降与代表卵巢功能的指标——雌激素(E2)和抗缪勒管激素(AMH)水平的降低密切相关。不仅如此，在对特发性POI患者的临床分析中，他们也观察到血清丝氨酸水平的普遍降低，并且熬夜是导致特发性卵巢功能不全的一个重要因素。这些临床现象提示，丝氨酸的缺乏可能是连接化疗性和特发性POI的一个共同纽带。
那么，补充丝氨酸能否保护卵巢功能呢？为了回答这个问题，研究团队在小鼠模型中进行了探索。他们发现，无论是通过灌胃还是饮水的方式补充丝氨酸，都能有效预防CTX引起的小鼠卵巢萎缩、卵泡数量减少、性激素分泌紊乱等POI表型，并且显著促进了卵巢颗粒细胞的增殖。更重要的是，在建立乳腺癌小鼠模型后，他们证实丝氨酸的补充并不会削弱CTX本身的抗肿瘤效果，这为丝氨酸的临床转化应用提供了重要的安全性依据。
机制探索是本研究最精彩的部分。通过对CTX处理后的颗粒细胞进行转录组测序(RNA-seq)，基因集富集分析(GSEA)和京都基因与基因组百科全书(KEGG)通路分析均显著富集到了“铁死亡”信号通路。铁死亡是一种铁依赖性的、由脂质过氧化物累积导致的程序性细胞死亡方式。进一步的研究表明，CTX处理会上调血红素加氧酶-1(Heme Oxygenase-1, HO-1)的表达，导致颗粒细胞内二价铁离子(Fe2+)的积累和脂质过氧化，最终诱发铁死亡。而丝氨酸的保护作用正是通过抑制这一过程实现的。
深入挖掘发现，丝氨酸在细胞内能够转化为鞘氨醇-1-磷酸(Sphingosine-1-phosphate, S1P)。S1P进而抑制Keap1/Nrf2/HO-1信号通路的活化：具体而言，S1P减少了转录因子Nrf2向细胞核内的转移，从而下调了其下游靶基因HO-1的表达，阻断了铁离子的蓄积和后续的铁死亡进程。使用SphK抑制剂(SKI178)抑制S1P的合成，或者使用HO-1抑制剂(Znpp)进行干预的实验，都反向验证了这一通路的关键作用。
最后，研究将视角回归到临床。通过对特发性POI患者的问卷和代谢组学分析，他们确认熬夜导致的睡眠剥夺是引起血清丝氨酸下降和卵巢功能减退的重要风险因素。在构建的睡眠剥夺小鼠模型中，同样观察到了卵巢内SLC1A4表达上调、铁离子积累以及卵巢功能损伤的现象，且其机制与CTX诱导的POI相似。这表明，无论是化疗还是不良生活习惯（如熬夜）导致的POI，都可能共享“丝氨酸缺乏-S1P合成减少-Keap1/Nrf2/HO-1通路激活-颗粒细胞铁死亡”这一核心分子机制。
本研究综合运用了临床样本分析（包括乳腺癌患者和特发性POI患者的血清激素和氨基酸靶向代谢组学检测）、小鼠疾病模型构建（包括CTX诱导的POI模型、乳腺癌移植瘤模型以及睡眠剥夺模型）、细胞培养（小鼠卵巢颗粒细胞的原代培养和体外干预）、转录组测序与生物信息学分析、蛋白质免疫印迹(Western Blot)、实时荧光定量PCR(qRT-PCR)、免疫荧光、酶联免疫吸附试验(ELISA)、铁离子和丙二醛(MDA)含量测定、线粒体膜电位和形态观察、脂质过氧化和活性氧(ROS)检测等一系列关键技术方法。
CTX降低乳腺癌患者血清丝氨酸浓度
研究人员招募了27名乳腺癌患者，在CTX化疗前和第一周期化疗后第21天分别采集血清。结果显示，化疗后患者血清E2和AMH水平显著降低，表明卵巢功能受损。氨基酸靶向代谢组学分析发现，血清丝氨酸等9种氨基酸水平在化疗后发生显著变化，其中丝氨酸的降低尤为明显，且与E2和AMH的下降趋势一致，提示CTX诱导的卵巢功能减退可能与血清丝氨酸减少密切相关。
特发性卵巢功能减退同样与血清丝氨酸水平降低密切相关
对124名年轻女性（包括卵巢功能减退或不孕患者）的研究显示，POI患者血清AMH水平显著降低，FSH和E2水平升高，双侧窦卵泡计数减少。代谢组学分析表明，卵巢功能低下患者血清丝氨酸水平普遍降低，且与AMH水平呈正相关。设定70 μg/mL为血清丝氨酸临界值，发现高于此值的POI患者AMH水平显著高于低于此值者。熬夜是导致特发性卵巢功能不全的主要因素，且熬夜频率与血清AMH和丝氨酸水平呈负相关。
膳食补充丝氨酸可预防CTX诱导的POI且不影响其抗癌疗效
在CTX诱导的小鼠POI模型中，补充丝氨酸能有效维持卵巢形态、重量和器官系数，减少闭锁卵泡，改善性激素（E2, AMH, FSH）分泌紊乱，并促进颗粒细胞增殖和AMH表达。在乳腺癌小鼠模型中，丝氨酸补充同样改善了CTX引起的卵巢损伤，但未影响CTX对肿瘤体积的抑制效果。体外实验进一步证实，丝氨酸不影响CTX对多种肿瘤细胞的杀伤作用。
CTX诱导颗粒细胞铁死亡而非乳腺癌细胞铁死亡
转录组测序发现，CTX处理后颗粒细胞基因表达谱发生显著改变，铁死亡通路相关基因显著富集。Venn图分析鉴定出4个与铁死亡数据库重叠的上调基因，其中HO-1(Hmox1)上调最为显著。CTX处理导致颗粒细胞内二价铁离子和脂质过氧化物MDA积累，激活Keap1/Nrf2/HO-1信号通路，但并未引起GPX4表达变化。然而，在乳腺癌组织中未观察到CTX引起的铁死亡相关指标变化。
丝氨酸通过促进S1P合成抑制铁死亡
体外颗粒细胞实验表明，铁离子螯合剂去铁胺(DFO)或丝氨酸处理均能抑制CTX诱导的细胞死亡、脂质过氧化和铁离子积累，改善线粒体形态和膜电位损伤，降低ROS水平，并抑制Nrf2和HO-1的表达。使用SphK抑制剂SKI178阻断S1P合成后，丝氨酸的保护作用被逆转。相反，补充S1P可直接抑制CTX诱导的铁死亡关键指标。机制上，丝氨酸通过转化为S1P，抑制Nrf2核转位，进而下调HO-1和SLC1A4的表达。使用HO-1抑制剂Znpp也能模拟丝氨酸的保护效应，证实HO-1介导的铁离子积累是铁死亡的关键环节。
熬夜诱导的丝氨酸缺乏是女性特发性POI的主要原因
临床问卷和检查表明，熬夜（尤其是使用电子设备和睡眠障碍）是特发性卵巢功能不全的重要诱因，伴有血清AMH和丝氨酸水平降低。在睡眠剥夺小鼠模型中，观察到卵巢萎缩、性激素分泌紊乱、AMH水平下降、SLC1A4表达上调以及卵巢铁离子积累，其机制与CTX诱导的POI有大量重叠。
本研究系统阐明了丝氨酸在维持卵巢功能中的关键作用及其分子机制。研究发现，无论是化疗药物CTX还是不良生活习惯（如熬夜），都可能通过导致丝氨酸缺乏，进而引发卵巢颗粒细胞发生铁死亡，最终导致POI。补充丝氨酸则能通过促进S1P合成，抑制Keap1/Nrf2/HO-1信号通路，有效预防铁死亡，保护卵巢功能，且不干扰化疗药物的抗肿瘤疗效。这一发现不仅揭示了化疗性和特发性POI共享的新机制，将氨基酸代谢、鞘脂信号通路和铁死亡这三种重要的生物学过程联系起来，而且为临床防治POI提供了新的潜在靶点（SLC1A4、S1P）和简单易行的干预策略（补充丝氨酸）。该研究具有显著的转化医学价值，为此已启动了相关的临床试验(ChiCTR2400079348)以评估丝氨酸对CTX诱导的POI的保护作用，为面临生育能力风险的女性带来了新的希望。
